河北省邯郸市多校2024-2025学年高三上学期1月期末考试 物理试题（含解析）

这是一份河北省邯郸市多校2024-2025学年高三上学期1月期末考试 物理试题（含解析），共21页。试卷主要包含了 电磁俘能器常在电器元件中使用等内容，欢迎下载使用。
注意事项：
1.本试卷满分100分，考试时间75分钟。
2.答卷前，考生务必将自己的学校、班级、姓名及考号填写在答题卡上。
3.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
4.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 玻尔认为电子的轨道是量子化的，氢原子电子轨道示意图如图所示。处于某能级的原子吸收或释放光子而发生跃迁，图中标出了三种跃迁方式，其中ν1、ν2、ν3表示释放或吸收光子的频率。下列表达式正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据能级公式
可得
故选B。
2. 如图所示，轻弹簧一端固定在天花板上，另一端与质量为的小球栓接，小球静止时的位置记为。用轻绳在下端栓接小球，系统处于静止状态。当小球的质量为时，剪断间的轻绳，小球经过时间第一次回到点。重力加速度为，下列说法正确的是（ ）
A. 当小球的质量为时，剪断轻绳瞬间小球的加速度大小为
B. 当小球的质量为时，剪断轻绳瞬间小球的加速度大小为
C. 当小球的质量为时，剪断轻绳后小球经过第一次回到点
D. 当小球的质量为时，剪断轻绳后小球经过第一次回到点
【答案】A
【解析】
【详解】A．剪断轻绳瞬间，弹簧弹力不变，当小球的质量为时，静止时弹簧弹力为，则剪断轻绳瞬间，对A球，根据牛顿第二定律得
解得
A正确；
B．剪断轻绳瞬间，弹簧弹力不变，当小球的质量为时，静止时弹簧弹力为，则剪断轻绳瞬间，对A球，根据牛顿第二定律得
解得
B错误；
CD．剪断轻绳后小球做简谐运动，简谐运动的周期与振幅无关，因此改变小球的质量仅改变振幅，CD错误。
故选A。
3. 某同学使用计算机玩模拟弹道导弹拦截游戏。游戏中弹道导弹甲自坐标原点，以速度沿轴正方向做匀速直线运动，拦截弹乙自轴上距点距离的点做初速度为0、加速度，方向与轴负方向的夹角为的匀加速直线运动。若恰好拦截成功，且以甲通过点时作为计时起点，则拦截弹乙发射的时刻为（ ）

A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】若恰好拦截成功，根据几何关系可知甲的位移为
解得
乙的位移为
解得
所以拦截弹乙发射的时刻为
故选D。
4. 如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束由两种单色光组成的复色光从真空沿半径方向入射到圆心，当时，单色光恰好发生全反射，单色光的折射光线恰好与的反射光线垂直。则透明材料对两种单色光的折射率之比为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】作出光路图如图所示
对光有
对光有
所以
故选B。
5. 2024年10月30日，神舟十九号载人飞船点火升空，3名航天员成功进入轨道高度约为400km的中国空间站。已知地球表面重力加速度约为，地球半径约为，则下列最接近中国空间站绕地运行速度的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】设地球半径为R，地球质量为M，地表重力加速度为g，空间站距离地面高度为h，空间站质量为m，中国空间站绕地做圆周运动，万有引力提供向心力
解得
由黄金代换式有
代入题中数据，联立以上解得
故选C。
6. 如图所示，一电容为的平行板电容器带电荷量为，上极板带正电，下极板带负电，规定无限远处的电势为零。两虚线把板间距离三等分，两点分别在虚线上，把带电荷量为的小球从无限远处移到点，把带电荷量为的小球从无限远处移到点。已知，则此过程中电场力对两个带电小球所做的总功为（ ）
A. 0B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据对称性和题目条件可知，两板间的中线上各点电势为零，因此把小球从无限远处移动到两点电场力对电荷做的功，与自中线分别移动至两点电场力对电荷做的功相等，则电场力对正电荷做功
同理电场力对负电荷做功
电场力做的总功
故选C。
7. 如图所示，一理想变压器的原、副线圈的匝数比为，在原、副线圈的回路中接有三个定值电阻，其阻值分别为和，原线圈接正弦交流电源。三个电阻和的功率分别为和，则下列关系式正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】设原、副线圈两端的电压分别为和、电流分别为和，根据理想变压器原理得
变压器的等效电阻
等效电路如图所示
根据电路串并联关系可得
解得
故选B。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全都选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 如图所示，一定质量的理想气体经A→B→C→D→A完成循环过程，其中A→B和C→D均为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（ ）
A. 过程的温度高于过程的温度
B. 过程释放的热量等于过程释放的热量
C. 过程吸收的热量全部转化为理想气体的内能
D. 过程气体对外做的功大于过程外界对气体做的功
【答案】CD
【解析】
【详解】A．根据理想气体状态方程，体积为时，状态压强高于状态压强，因此温度高于，A错误；
B．过程和过程均对应等容变化，是吸热过程，是放热过程，B错误；
C．过程中气体体积保持不变，不存在做功，吸收的热量全部用来转化为理想气体内能，C正确；
D．根据图像与横轴所围成的面积表示做功可知过程气体对外做的功大于过程外界对气体做的功，D正确。
故选CD。
9. 如图所示为工厂使用传送带运送货物的装置示意图，其中传送带段是水平的，段为一小段圆弧（圆弧由光滑模板形成，未画出），段是倾斜的，和都与相切。机器人将大量质量均为的小货箱一个一个在处放到传送带上（放置时初速度均为零），经传送带运送到处，和的高度差为。已知传送带速度为，货箱和传送带之间的动摩擦因数为，货箱在段能和传送带共速，此后再无相对运动。当前一个货箱与传送带共速后，机器人再放置下一个货箱。在一段相当长的时间内，共运送小货箱的数目为个。下列说法正确的是（ ）
A. 货箱在段运动过程中机械能守恒
B. 每个货箱与传送带之间因摩擦产生的热量均等于货箱获得的动能
C. 摩擦力对每个货箱做功
D. 传送带电动机的平均功率为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．货箱在段运动过程中动能不变，重力势能增大，机械能增大，A错误；
B．货箱在段能和传送带共速，货箱在摩擦力作用下做匀加速运动，设货箱的位移为，加速度为，则有
解得
在这段时间内，传送带的位移
由此可知
传送带的摩擦力对货箱所做的功
每个货箱与传送带之间因摩擦产生的热量
即每个货箱与传送带之间因摩擦产生的热量均等于货箱获得的动能，B正确；
C．全程对货箱根据动能定理得
解得
C错误；
D．电动机做功转化为货箱的机械能和摩擦产生的热量，则有
D正确。
故选BD。
10. 电磁俘能器常在电器元件中使用。为探究俘能原理，某同学设计了如图所示的实验，俘能装置中两条相距为的平行光滑金属导轨位于同一水平面内，右端连接阻值为的定值电阻；质量为长为的金属杆静置在导轨上，金属杆与导轨垂直且接触良好。导轨之间边长为的正方形区域ABCD内有匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直导轨平面向里。动力源带动磁场以速度向右匀速掠过金属杆。已知金属杆距离定值电阻足够远，导轨和金属杆的电阻不计，则下列说法正确的是（ ）
A. 流过定值电阻最大电流为
B. 金属杆的最大加速度为
C. 磁场左边界经过金属杆的瞬间，金属杆的速率为
D. 磁场左边界经过金属杆的瞬间，定值电阻的功率为
【答案】AC
【解析】
【详解】AB．以磁场为参考系，金属杆以大小为的初速度向左减速运动，则刚进入磁场时产生的电动势最大，感应电流最大，加速度也最大，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势为
根据欧姆定律可得电流
根据牛顿第二定律可得，
联立解得加速度
A正确，B错误；
CD．以磁场为参考系，对根据动量定理可得
即
解得
所以相对地面速率
此时感应电动势
定值电阻的功率
C正确，D错误。
故选AC。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某同学利用图甲所示的气垫导轨实验装置“探究物体的加速度与所受合力的关系”，主要实验步骤如下：
①将桌面上的气垫导轨调至水平；
②用游标卡尺测量遮光条宽度；
③用天平测量滑块（含遮光条）、托盘和砝码的总质量；
④首先将所有砝码均放在托盘中；
⑤用天平测量托盘和放在托盘内的砝码的总质量；
⑥将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离，由静止释放滑块，读出遮光条通过光电门的遮光时间；
⑦将托盘内部分砝码取下，把取下的砝码固定在滑块上；保持不变，再次完成步骤⑤和⑥得到多组不同的和对应的时间。
已知当地重力加速度为，回答下列问题：
（1）遮光条宽度测量数据如图乙所示，则___________mm。
（2）遮光条遮光时间为时，滑块经过光电门时的速度__________，加速度_________。（均用和表示）
（3）分析实验数据时，下列图像能够反映加速度与所受合力关系的是__________。
A. B.
C. D.
【答案】（1）6.20
（2） ①. ②.
（3）A
【解析】
【小问1详解】
根据游标卡尺的读法，主尺读数为6mm，游标尺第4格与主尺对齐，游标尺为20分度，精确度为0.05mm，则
【小问2详解】
由于时间较短，平均速度可以替代瞬时速度，则有
滑块做初速度为0的匀加速直线运动，根据匀变速直线运动规律可得
解得
【小问3详解】
根据牛顿第二定律可得
结合上述分析可得
在实验中保持不变，则有。
故选A。
12. 如图甲所示，实验室中有一只共30格刻度的灵敏电流表，满偏电流约，内阻未知。为对该表头进行改装，需要对其内阻和满偏电流尽可能精确地测量，实验小组先对欧姆表机械调零，再进行如下实验。
（1）某型号欧姆表的“”挡，红、黑表笔短接时，流过表笔的电流小于。实验小组使用该欧姆表“”挡粗略测量灵敏电流表的内阻，测量时灵敏电流表的“+”接线柱应与欧姆表的__________（填“红”或“黑”）表笔相连；测量时欧姆表表盘如图乙所示，则欧姆表的读数为_________。
（2）为了更精确地测量灵敏电流表内阻和满偏电流，要求测量时除被测电流表外，其余电表指针偏转至少二分之一以上，提供的器材有：
①电流表（量程，内阻约为
②电压表（量程，内阻约为
③滑动变阻器
④电阻箱
⑤电源
⑥导线、单刀单掷开关若干
为确保灵敏电流表安全并逐格进行测量，请选择恰当器材设计测量方案，部分电路图如图丙所示，请在此基础上完善电路图，在电路中被测电流表用G表示。________
根据设计的电路图进行测量，两次实验中灵敏电流表指针分别指向第格和格，还需要读出指向格时的___________（文字说明并用相应字母表示），指针指向格时的___________（文字说明并用相应字母表示）。请用上述读出的物理量字母及表示灵敏电流表的内阻___________，满偏电流___________。
【答案】（1） ①. 黑 ②.
（2） ①. 见解析 ②. 电阻箱读数和电压表读数 ③. 电阻箱读数和电压表读数 ④. ⑤.
【解析】
【小问1详解】
[1]电流从欧姆表黑表笔流出，红表笔流入，黑表笔应与灵敏电流表的“+”，接线柱相连接；
[2]欧姆表的读数为
【小问2详解】
[1][2][3][4][5]器材中所给电流表量程太大，无法实现题目要求，因此应使用电压表和电阻箱，要求逐格测量，滑动变阻器应使用分压方式连接，电路图如图所示；
当指针指向时需记录此时电阻箱读数和电压表读数，当指针指向时需记录此时电阻箱读数和电压表读数；设每格电流为，根据欧姆定律有
解得
13. 地震是一种严重的自然灾害，它起源于地壳内岩层突然破裂引起的地壳震动。如图所示，震源正上方地表的那一个点叫震中。发生地震时从震源同时产生P波（纵波）和S波（横波），地面上距震中不太远的区域会受到严重破坏。某次地震的震源深度h = 20 km，震源的振动周期T = 0.2 s。该次地震P波的传播速度vP = 6 × 103 m/s，S波的传播速度vS = 4 × 103 m/s。假定地震波沿直线传播。
（1）求S波的波长约为多少；
（2）若某地监测点记录首次到达的P波比首次到达的S波早Δt = 15 s，求该监测点距震中的距离。
【答案】（1）800 m
（2）
【解析】
【小问1详解】
根据波速、波长、周期关系公式，得到
【小问2详解】
设监测点距震中的距离为L，则监测点距震源的距离
根据题意可得
解得
14. 如图所示，光滑平台和水平传送带平滑连接，传送带长，以的速度顺时针转动，物块与传送带间的动摩擦因数。木板和B紧靠在一起并静止在光滑水平面上，传送带上表面、平台上表面均恰好与木板上表面等高，的左端到平台有一定距离，木板长度，木板B足够长。尺寸不计、质量的智能机器人静止于木板左端，某时刻起机器人从木板A左端自静止开始奔跑，到达右端时迅速跳跃，机器人落在木板B上，与木板B共速后向右运动，机器人自A右端跳起瞬间，A的左端刚好与左侧平台接触，并被锁定。物块C自传送带左端由静止释放，当滑到上后在上运动时解除木板的锁定，解除锁定的同时给木板施加一向右的瞬时冲量，使木板获得的速度与接触平台前瞬间的速度大小相等。已知木板与物块的质量均为与之间的动摩擦因数，重力加速度取。求：

（1）物块离开传送带时的速度大小；
（2）初始时的左端到平台的距离；
（3）为使解锁后的组合体恰好不能追上机器人与的组合体，求机器人跳离木板的瞬间水平方向的速度大小。
【答案】（1）
（2）1.0m （3）
【解析】
【小问1详解】
物块在传送带上做加速运动，根据牛顿第二定律有
假设物块可以与传送带共速，共速时物块的位移为
故假设不成立，可知物块在传送带上一直做匀加速运动，滑离传送带时，由运动学知识有
解得
【小问2详解】
以机器人和为整体，水平方向合力为零，则水平方向动量守恒，任意时刻有
两边同时乘以极短时间，则有
其中为该时间内木板的位移大小，为该时间内机器人的位移大小
对上式求和有
可得
解得
所以当机器人自开始奔跑至跳离时，木板位移即为初始时木板的左端到平台的距离为
【小问3详解】
设机器人跳离时水平方向速度大小为，当机器人跳离时，的速度大小为，对和机器人整体，水平方向动量守恒，则有
机器人落在上，机器人和整体水平方向动量守恒，设共速时的速度大小为，则有
在上滑动时，根据牛顿第二定律有
解得
解锁瞬间，由运动学知识有的速度大小为
解锁瞬间的速度大小仍为和整体动量守恒，则有
组合体恰好追不上机器人与的组合体，满足
联立解得
15. 如图所示，在三维坐标系中，的空间内存在沿轴负方向的匀强电场，的空间内存在沿轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小为。有一质量为带电荷量为的粒子从坐标为的点以速率沿轴负方向射出，粒子恰好从坐标原点进入磁场区域。一足够大的光屏平行于平面放置在磁场区域中，坐标原点到光屏的距离为。不计粒子的重力，求：
（1）电场强度的大小及粒子到达坐标原点时的速度大小；
（2）粒子从点运动到光屏的时间；
（3）粒子打在光屏上的位置坐标。
【答案】（1） ，
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
粒子在电场中做类平抛运动，则有
联立解得
【小问2详解】
进入磁场区域，粒子沿轴负方向的分运动为匀速直线运动，则有
粒子从点到光屏的运动时间为
联立上述结论解得
【小问3详解】
进入磁场区域，粒子在平行于平面内的分运动为匀速圆周运动，从左侧看粒子的运动轨迹如图所示
设粒子打在光屏上的点，由洛伦兹力提供向心力，得
解得
粒子做匀速圆周运动的周期为
则
所以粒子打在光屏上的位置坐标为